材料力学闭口薄壁截面剪应力和单位扭转角公式推导
剪应力公式:
单位扭转角公式:
1、从薄壁杆中取微段dx,在微段上去单元体abcd,设截面a点处的切应力为,壁厚为;b点切应力为,壁厚为。根据切应力互等定理,在纵向截面ad和bc截面上的切应力分别为和,剪力分别为和,有平衡条件
得
由于a和b是横截面上任意点,这说明在横截面上的任意点,切应力与该点处壁厚的乘积为一常数,即
在图(c)面积微元上的微剪力为,他对横截面内任意点O的矩为,为O点到面积微单元所在截面中心线切线的垂直距离。沿截面中心线积分得
式中为图中三角形OAB面积的两倍,所以积分是截面中线所围面积的两倍,即
于是可求得
此即闭口薄壁截面杆扭转时,横截面上任意点的切应力公式。
2、由圆轴扭转可得,相对扭转角公式:
注意:这里的是一个变量
可得
所以
故
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